到底什么是5G LAN?

标签:5G
分享到:

今天这篇文章,我们来聊聊5G LAN

大家如果对通信技术稍有了解的话,就会发现,5G LAN其实是一个很有意思的概念。

 
对于5G,大家应该都很熟悉,它是4G 的演进,也是目前我们最新的移动通信技术。
 

而对于LAN,大家应该更熟悉。它的全称是local area network,也就是局域网。我们家里的网络,还有在公司办公室的网络,基本都是LAN。带有无线Wi-Fi的,就是Wireless LAN(WLAN)。

那么,我为什么会说5G LAN很有意思呢?
 
因为,5G是一个广覆盖的蜂窝通信网络,而LAN是一个小范围的区域数据通信网络。两种技术,看上去并无关系。
 

image.png

 
换句话说,5G和LAN这两个词,分开大家都认识。但合在一起后,就让人有点懵逼。不是吗?
 
 
 5G LAN,到底是个啥东东?
 
其实,5G LAN,简单来说,就是利用5G技术,将终端进行“分组”、“建群”,组成一个LAN网络。
 
大家都有5G手机。在使用5G手机的时候,你们有没有发现,即便你和朋友离得再近(哪怕面对面),你的手机都是无法搜索到对方的。你之所以可以对方进行通信,是因为数据流到了运营商或者互联网服务商的服务器,绕了一圈。
 
对于基站来说,所有的手机终端之间,都是“隔离”的。这是基于安全的考虑,手机各自使用各自的信道,互不干扰。
 

image.png

 
而LAN呢,是将区域内的终端(手机、电脑等)连接在一起,变成“群组”。这既方便了相互之间的数据传输,也节省了外网出口。
 
在LAN中,终端相互之间通过MAC地址可以选址,就找到对方(层二通信)。出入外网的话,架设一个路由器,通过IP选址,也可以实现路由出入(层三通信)。
 
我们都知道,“4G改变生活,5G改变社会”。作为目前最主流的移动通信技术,5G肩负了“万物互联,助力百行千业数字化转型”的使命,需要帮助垂直行业的用户打通连接。
 
那么,5G就不能只打通每个终端到云的连接,还要实现终端与终端之间的“就近连接”。
 
所以,在3GPP R16标准中,就推出了5G LAN这个新特性功能。
 
 
 5G LAN的原理与特点
 
在5G网络里,管理者可以修改用户数据库(UDM网元)中的数据,对指定的终端(UE)号码进行业务签约,从而把它们分入相同或不同的VN Group(Virtual Network Group,虚拟网络群组)。
 
用户数据库会向5G核心网(5GC)的管理网元(SMF、AMF、PCF等)提供终端号码的VN群组信息,以及访问策略。管理网元基于这些信息和策略规则,将它们组成了不同的LAN。这就是5G LAN。
 

image.png

5G LAN网络架构示意图

 
5G LAN支持层二通信(相同网段,互相直接访问),也支持层三通信(跨网段,借助路由)。5G LAN支持单播,也支持组播和广播。简单来说,就是相互访问方式非常灵活,组网也非常简单。
 
从范围来看,5G LAN既支持同一个UPF(5G核心网的媒体面网元)下的相互通信,也支持不同UPF下的相互通信。这等于打破了终端之间的物理距离限制(甚至北京和上海都能通信)。
 

image.png

 
特别重要的一点,5G LAN建立的网络,可以与用户现有的数据网络进行连接,从而实现即插即用、相互访问。
 
 
 5G LAN的应用场景和优势
 
5G LAN实现了指定5G终端之间的分组和连接,大大方便了企业构建更具移动性的LAN网络。很多读者肯定会问,现有的Wi-Fi技术,不是已经可以实现移动性了吗?为什么还需要5G LAN?
 
别急,让我们继续往下看。
 
5G LAN实现的本地组网,可以帮助企业、学校、政府、家庭等用户更好地进行区域范围内的终端互联互通。它可以用于办公网络,但是,它更大的价值,在于对园区生产环境的改造,对工业制造、港口码头、能源矿山等生产型企业基层网络的改造。
 

image.png

 
我们现在都在推动工业互联网,认为5G能够赋能行业场景的数字化,就是因为5G拥有大带宽、低时延等特点,是出色的无线通信技术,可以实现工业场景各个生产要素的无线连接。
 
以工业制造为例。以前,为了更好地进行自动化,实现设备控制,采用的是“工业总线”技术。这种技术有很多类型,可谓“五花八门”。
 
后来,随着以太网和IP技术的出现,工业界形成了共识,一起向以太网演进,就有了“工业以太网”。现在,不管谁家的工业互联协议,基本都是基于以太网的。
 
再后来,工业企业发现,有线连接对移动性有太多的限制——设备后面总要留一个“辫子”,妨碍了自由移动。
 
而且,有线连接部署方式比较麻烦,工期长,成本高。一旦设备或线缆出现问题,更换也很耽误事。所以,工业界开始考虑,引入无线通信技术。
 
于是,Wi-Fi、蓝牙等技术,就进入了工业领域。
 
那么,回到前面的问题,既然有Wi-Fi,为什么要5G LAN?
 
原因如下:
 
一、Wi-Fi网络(尤其是Wi-Fi 4、Wi-Fi 5)的性能不如5G。
 
传输速率、时延等方面,5G能更好地满足工业机器人(机械臂控制)、智能质检(高速图像识别)、AGV(无人物流小车)等场景的需求。
 
覆盖范围方面,5G的覆盖范围比Wi-Fi更大,可以更好地覆盖园区。5G的小区间切换能力,也比Wi-Fi更强,可以给用户带来更好的网络体验。
 
二、Wi-Fi网络维护成本高。
 
企业建设园区Wi-Fi网络,需要自己布线,自己买设备。设备有折旧、有损坏、有更新换代,还要专人维护。海量的Wi-Fi设备,配置也很麻烦。
 
5G不一样。它是由运营商负责建设和维护的,企业属于租用(Wi-Fi对比5G,有点像自建机房对比云计算)。
 
综合来看,5G会更加划算。
 
三、5G LAN的功能更加强大。
 
前面提到5G LAN的VN分组。分组除了隔离通信之外,更重要的一个作用,是实现不同网络的QoS(服务等级)差异化。
 
举例来说,企业内部有办公网络、IT系统网络、OT网络等。
 
OT就是Operational Technology,运营技术(操作技术)。其实就是连接工业环境和设备的网络,例如车床、机械臂、传感器、仪器仪表、AGV、监控系统、MES、PLC等。
 

image.png

不同的网络,对性能要求不一样,有的需要时延低,有的需要带宽大,有的则没有那么多要求。

 
5G LAN在分组的基础上,可以针对不同的VN分组,定义不同的网络性能。有的企业,将其称为“微切片”。
 
四、5G LAN容易管理,且安全性更强。
 
前面我们提到可以在运营商的5G UDM网元中修改用户签约数据,对用户进行VN分组。那么,难道我们每次需要变更一个终端的分组信息(加入、删除、更改),都要找运营商客服吗?
 
当然不用。
 
运营商5G网络可以通过开发接口的方式,将修改权限开放给企业网络管理者,实现自助修改。
 
当然,企业还可以根据自己的需要,设置自己的专网策略。
 
在建立数据连接时,企业还可以设置授权和认证机制,对VN分组进行严格管理。这个安全性,比Wi-Fi强大了很多,也方便了很多。
 
 
 5G LAN的案例分析
 
接下来,我们通过一个具体的组网案例,来看看5G LAN到底有什么好处。
 
首先,一家制造型企业,有自己的车间、生产线(或车床),需要通过网络,将PLC和PLC控制端连接起来。
 
每条流水线有很多的设备,也是独立的。将流水线的每个设备都安装5G模组,这是比较理想的状态。但是,现阶段费用好像会有点贵。
 
那么,我们引入5G工业网关,或者5G CPE,可以提升性价比。适合用有线的,连接有线端口(以太网口、或PLC端口)。适合用无线的,连接5G或Wi-Fi。
 

image.png

如果5G不支持5G LAN(R16之前),实现PLC和PLC控制器之间的连接,也是可以的。但是,整个5G网络是依靠IP寻址的三层协议,终端地址也是IP地址,不支持二层数据转发。为了实现端到端通信,就必须在两边各加一个AR(Access Router,接入路由器),建立一个隧道,把工业二层协议封装在隧道里,带到对端。

 

image.png

这种方式,不仅增加复杂度,也增加了成本(AR路由器购买成本、AR路由器配置的人力和时间成本)。试想一下,如果车间有几千条流水线,那么这个成本将会非常惊人。

 
引入5G LAN之后,5G网络支持直接传输二层协议,就不再需要AR路由器了。同时,5G网络可以为没有IP地址的终端提供路由,UPF可以识别终端的MAC地址,整个网络变成了极简的单层网络,相互之间进行层二通信。
 
5G LAN的即插即用能力,可以完美地将自己与客户现有网络进行融合,减少了对客户现有网络的影响,不需要费劲改造升级,可以节约大量成本。
 
从宏观上来看,5G LAN是5G与以太网技术的协作。将来,基于以太网技术发展的TSN(时间敏感网络)技术,也离不开5G LAN的助力。
 
值得一提的是,5G LAN除了有利于建设园区内部网络之外,还可以作为企业传统专线网络的补充,连接异地的分支机构。
 

 

 

image.png

 

 

 
 
 5G LAN的模组
 
正如大家所见,5G LAN是5G在垂直行业落地的一个重要创新技术。它可以建设更强大的5G专网通信,帮助客户加速数字化转型升级。
 
想要更好地部署5G LAN,除了网络侧升级之外,还需要5G模组的支持。
 
在5G LAN技术商用落地的进程中,紫光展锐推出的业界首款5G R16 Ready基带芯片平台——V516。
 
基于这个平台,国内领先的模组厂商——移远通信(Quectel),已成功开发出多款支持5G LAN技术的5G模组,且已实现商用,包括RG500U、RG200U、RM500U等LGA、M.2、Mini PCIe封装模组。
 

image.png

 
这些模组具有高可靠性特点,可实现ms级的空口时延和精度达1us的5G网络授时,可以更好地满足工业制造高精度机器协作、仓储物流多车协同、智能电网差动保护等工业互联网行业应用需求。
 
在浙江宁波,某知名企业采用移远通信5G LAN模组,建立了5G全连接工厂,完成了全国首个5G LAN商用试点。
 
作为一家汽车铝合金精密压铸件制造企业,该企业聚焦汽车零部件制造领域,是典型的离散制造型企业。
 
它下面的6家工厂,分散在宁波市某工业园的不同位置。5G LAN技术,帮助这些工厂实现了更灵活的连接,使工厂产线调整效率提升了70%(7天→2天),MES组网交付效率翻了一倍(6个月→3个月),年均可节约隧道配置维护工作约750人天。
 

image.png

某知名企业厂区内安装的5G设备

 
在这里,“5G+工业互联网”真正实现了“柔性生产”的赋能。
 
在某汽车品牌、某大学智慧楼宇、某工业企业柔性工厂等项目,5G LAN也都实现了成功落地。未来,5G LAN会更多地出现在我们的视野中,赋能国内数十万个园区的数字化改造。 
 
 
 结语
 
工业互联网是第四次工业革命的基石,像5G LAN这样的5G专网技术创新,对工业领域全面走向数字化、网络化、智能化,具有重要的意义。
 
随着5G R17版本的冻结,我们逐渐迎来了5G-Advanced时代。新的精彩还在继续,新的技术创新,也在不断出现。
 

日积月累的创新,终究会引领人类走向“万物智联”。让我们拭目以待!

继续阅读
相控阵天线:从军用到5G

相控阵技术远非新技术,已经在各种军事应用中用了几十年了。然而如今,该技术在频段2的5G系统中的应用正迅速获得关注,这是因为该技术能改善信号强度、增益、方向性和带宽等多方面的性能。

苹果自研5G芯片或将推迟

据台媒工商时报报道,由于今年iPhone 15及明年iPhone 16仍将采用高通5G调制解调器芯片(modem),苹果自研5G调制解调器芯片预期要等到2025年之后才会推出。

国产首制大型邮轮将成全球首艘“5G 邮轮”,预计年内完工交付

据介绍,中国电信将为前者自主品牌爱达邮轮(Adora Cruises)旗下国产首制大型邮轮实现全船 5G 移动网络覆盖与应用,打造全球首艘“5G 邮轮”,开创全球首例“5G 邮轮”先河。

工业元宇宙、5G可穿戴设备等技术趋势在2023年不会出现

随着2023年的到来,对未来一年的技术创新的预测比比皆是。然而,全球技术情报公司ABI Research表示,几个备受期待的技术发展,包括工业元宇宙、5G可穿戴设备、印刷电子和卫星到蜂窝服务,在2023年不会发生。

华为5G小基站拆解:美国零部件占比已降至1%!

1月3日消息,据日经新闻报导,在智能手机/车用零件拆解调查公司Fomalhaut Techno Solutions的协助下,其对华为5G小型基站(5G Small Cell,涵盖范围在数十米至1公里以内的基站)进行了拆解,发现美国零部件占比已降至1%。

精彩活动